“Arquitectura de los CPS, Aplicaciones en la Medicina”

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Trabajo de Consulta

DEBER Nº1

“Arquitectura de los CPS, Aplicaciones en la Medicina”

Quezada Espantoso Freddy David

Universidad de las Fuerzas Armadas, Av. General Rumiñahui s/n

Sangolquí-Ecuador, P.O.BOX: 171-5-231B

fdquezada1@espe.edu.ec

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1. Tema de consulta:

“Arquitectura de los CPS, Aplicaciones en la Medicina”

2. Desarrollo

2.1 Arquitectura de un sistema ciber-físico

Un sistema ciberfísico es una integración de sistemas de diversa naturaleza cuyo objetivo principal es controlar e interactuar con un proceso físico y, a través de la retroalimentación, adaptarse a las nuevas condiciones en tiempo real. Los sistemas ciber-físicos están, normalmente, conectados entre sí y a su vez conectados con el mundo virtual de las redes digitales globales. Se crean en la intersección de redes, computación cibernética y procesos físicos.

Por tanto, sus características principales son:

• La capacidad de relacionarse con los objetos físicos para monitorizar y/o controlarlos.
• La utilización de la información disponible en el mundo virtual.
• En algunos casos, la capacidad de aprender y evolucionar.

A continuación, se describe una arquitectura general de un sistema ciberfísico:

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Figura 1. Arquitectura general de un CPS (Chi, et al. 2016)

Capa física / MAC

La capa física / MAC (o redes de acceso) sienta las bases para la arquitectura CPS. CPS utiliza dispositivos (como sensores o actuadores) para detectar o controlar el mundo físico. Están interconectados de forma inalámbrica o por cable a través de una variedad de tecnologías de red de acceso por radio para una transmisión inteligente. Algunos ejemplos conocidos son las redes celulares (2G / 3G / LTE), serie de estándares IEEE 802.11 / 802.15 para WiFi, ZigBee, Bluetooth, lectores y etiquetas RFID, y tecnologías de línea alámbrica como comunicaciones por línea eléctrica (PLC), etc.[1]

Capa de transporte

La capa de transporte juega un papel clave en unir redes de detección con las redes de operadores. En realidad, se comporta como una puerta de entrada para traducir el evento capturado de la capa del sensor en un formato estándar, interconectando las redes de acceso y la red troncal de Internet. Los datos son luego enrutados a través de la red pública del operador o CPS privado.[1]

Capa de servicio / Middleware

La plataforma CPS es el elemento central en la arquitectura CPS. En realidad, proporciona funciones operativas como gestión de terminales, conversión de protocolos, reenvío de rutas y autenticación de servicios para aplicaciones CPS. La capa consta de la plataforma de detección móvil, el módulo de nomenclatura / direccionamiento / creación de perfiles, el módulo de búsqueda y selección de dispositivos y el módulo de gestión de energía.[1]

Capa de aplicación

La capa de aplicación admite varias facetas en múltiples áreas, como ciudades inteligentes, hogares inteligentes, vehículo inteligente, análisis en línea, monitoreo y control del entorno, Industria 4.0 etc.

2.2 Aplicaciones de los CPS en la medicina.

El origen de los CPS en medicina se remonta al año 1985, cuando el brazo robótico PUMA 560 se utilizó por primera vez para realizar una neurocirugía de forma exitosa. Este mismo robot fue usado en años sucesivos para la realización de cirugías poco invasivas, y en 1987 llevó a cabo una resección transuretral.

Las principales  son las siguientes:

• Múltiples ventajas a la hora de hacer cirugías:

• Mayor precisión, evitando el temblor humano.
• Procedimientos menos invasivos.
• Intervenciones más rápidas y eficaces.
• Recuperación del paciente en menos tiempo.
• Menor riesgo de daños en tejidos
• Capacidad de acceso a zonas delicadas o complejas.

• Aplicación en muchas tareas: rehabilitación, asistencia, transporte, etc.
• Desarrollo de nuevas técnicas de estudio, diagnóstico y tratamiento.
• Equipos capaces de trabajar en condiciones difíciles, por ejemplo en entornos con alta radiación o contaminados.
• Se pueden añadir otros instrumentos, como cámaras de vídeo para la posterior visualización de las operaciones.
• Posibilidad de realizar o dirigir operaciones quirúrgicas desde cualquier parte del mundo.
• Permite liberar a los profesionales del sector de hacer las tareas más mecánicas o repetitivas.

2.2.1 Ejemplos

Robot quirúrgico Da Vinci

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Figura 2. Robot Quirúrgico Da Vinci (Todo lo que debes saber sobre las cirugías con el robot quirúrgico Da Vinci, 2018)

El robot Da Vinci es uno de los más conocidos dentro del ámbito médico y quirúrgico. La primera versión vio la luz en el año 1990 y desde entonces se ha convertido en una ayuda muy importante para cirujanos de todo el mundo. Este robot se compone de un equipo que incluye consola de visualización, carro de desplazamiento, cuatro brazos robóticos y todos los instrumentos necesarios para realizar una operación quirúrgica (los cuáles se fijan en el extremo de los brazos robóticos).

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